陶瓷膏体低温成形过程控制及液相迁移研究
发布时间：2021-02-16 03:27
陶瓷材料具有耐磨、耐高温、高硬度及较好的耐腐蚀性等优点,在航空航天、机械、电子产品及生物工程等领域得到广泛应用。但传统成形工艺依赖于模具,具有工艺复杂、耗时长、难度大及成本高等特点,阻碍了陶瓷材料零件的大规模工业化应用。因此,研究制造成本低、环境污染小、成形质量好的成形工艺对陶瓷材料的进一步大规模应用具有重要的实用价值。陶瓷膏体低温挤压成形（Freeze-form Extrusion Fabrication,FEF）技术,采用水基陶瓷膏体为成形材料,基于离散堆积成形原理,根据零件三维模型直接成形三维零件,降低产品制造成本,缩短产品的研发周期。其中成形过程及液相迁移现象对成形件性能至关重要。本文对陶瓷膏体低温成形过程控制和液相迁移进行研究,分析了成形过程中的挤压力变化,建立了挤压力的模型并进行了控制,同时对挤压过程出现的液相迁移进行了分析和研究,为陶瓷材料的快速成形技术提供理论依据和技术支撑,具有重要的理论意义和实用价值。论文的主要研究内容如下:针对当前成形设备整体冷却方式中存在的问题,开发了具有自主知识产权的陶瓷零件低温成形试验平台。对挤压过程进行分析,建立挤压过程模型,通过试验对模型...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景、目的及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究目的及意义
1.2 陶瓷零件自由成形技术
1.2.1 陶瓷零件熔融沉积自由成形技术
1.2.2 陶瓷零件选择性激光烧结成形技术
1.2.3 陶瓷零件分层实体成形技术
1.2.4 陶瓷零件立体光刻成形技术
1.2.5 陶瓷零件三维打印成形技术
1.2.6 陶瓷零件挤压自由成形技术
1.2.7 陶瓷零件低温成形技术
1.3 问题提出
1.3.1 研究现状
1.3.2 液相迁移的研究现状
1.4 本文的研究内容
1.5 本课题的研究内容及章节安排
2 陶瓷膏体低温成形技术研究
2.1 低温快速成形技术
2.2 陶瓷膏体低温成形技术
2.2.1 陶瓷膏体低温成形原理及特点
2.2.2 陶瓷膏体低温成形实验平台设计
2.3 陶瓷材料挤压过程分析
2.3.1 Benbow-Bridgwater模型
2.3.2 陶瓷膏体挤压力模型
2.3.3 挤压过程中挤压力仿真
2.3.4 挤压力实验研究
2.4 气泡释放和结块破裂对挤压过程的影响
2.4.1 气泡释放对挤压过程的影响
2.4.2 结块破裂对挤压过程的影响
2.5 陶瓷膏体低温成形质量研究
2.5.1 成形环境温度对成形质量的影响
2.5.2 沉积层厚度对层间成形质量的影响
2.5.3 挤出速度、沉积速度对成形质量的影响
2.6 本章小结
3 陶瓷膏体低温成形挤压力控制研究
3.1 成形过程挤压力动态模型
3.1.1 挤压力分析和建模
3.1.2 模型参数估计
3.1.3 算法仿真和验证
3.2 自校正控制系统
3.3 最小方差自校正控制律
3.4 自适应控制器设计
3.5 自适应控制闭环系统分析
3.6 自适应控制器仿真验证
3.6.1 仿真验证
3.6.2 自适应控制器实验验证
3.7 本章小结
4 陶瓷膏体成形过程中的液相迁移研究
4.1 陶瓷膏体挤压过程中液相迁移产生机理
4.1.1 水基陶瓷膏体的流变性
4.1.2 水基陶瓷膏体的渗透性
4.2 建立液相迁移模型
4.2.1 膏体挤压力分析
4.2.2 模型简介
4.2.3 几何模型
4.2.4 压实阶段模型分析
4.2.5 挤出阶段模型分析
4.3 液相迁移过程的数值模拟
4.3.1 流体动力学控制方程
4.3.2 两相流模型概述
4.3.3 挤压过程中液相迁移的数值模拟
4.4 模型验证
4.4.1 实验材料制备
4.4.2 实验方案
4.4.3 实验步骤
4.4.4 实验结果及分析
4.5 本章小结
5 液相迁移参数优化的实验研究
5.1 基于正交试验的液相迁移研究
5.1.1 实验设备及材料
5.1.2 实验方案及方法
5.1.3 试验数据分析
5.2 基于多元回归的液相含量预测模型研究
5.2.1 回归分析法
5.2.2 挤出膏体中液相含量预测模型
5.2.3 液相含量预测模型仿真
5.2.4 预测模型试验验证
5.3 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 发展与展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温沉积成型过程温度场建模与仿真分析[J]. 杨磊鹏,李淑娟,焦盼德,吴学亮. 机械强度. 2017(06)
[2]功能梯度材料快速成形过程建模与控制[J]. 焦盼德,李淑娟,杨磊鹏,闫存富. 中国机械工程. 2017(06)
[3]基于回归分析的准双曲面齿轮齿面误差修正[J]. 田程,丁炜琦,桂良进,范子杰. 清华大学学报(自然科学版). 2017(02)
[4]3D打印陶瓷材料研究进展[J]. 贲玥,张乐,魏帅,孙炳恒,李正,周天元,张其土,杨浩,陈浩. 材料导报. 2016(21)
[5]陶瓷部件3D打印技术的研究进展[J]. 李伶,高勇,王重海,王洪升,张萍萍,赵小玻,宋涛,王营营,丁慎亮. 硅酸盐通报. 2016(09)
[6]义齿陶瓷浆料微流挤压成型头研究[J]. 周婧,段国林,金星. 机械设计. 2016(02)
[7]三维陶瓷零件低温沉积过程挤压力建模及自适应控制[J]. 李淑娟,包惠同,张恒. 机械科学与技术. 2016(02)
[8]低温挤压自由成形技术及其应用[J]. 闫存富,李淑娟,杨磊鹏. 兵器材料科学与工程. 2016(01)
[9]光固化快速成型技术的进展及应用[J]. 李东方,陈继民,袁艳萍,黄宽,方浩博. 北京工业大学学报. 2015(12)
[10]陶瓷浆料微流挤压成形关键问题研究[J]. 周婧,段国林,卢林,朱东彬. 中国机械工程. 2015(22)
博士论文
[1]面向机械故障诊断应用的盲分离技术研究[D]. 高俊文.华南理工大学 2016
[2]气流中单液滴破碎过程及子液滴分布特性研究[D]. 金仁瀚.南京航空航天大学 2016
[3]固液两相流运动机理研究及两相流模型在工程中的应用[D]. 薛万云.武汉大学 2014
[4]熔融沉积成型有限元模拟与工艺优化研究[D]. 纪良波.南昌大学 2011
[5]光固化三维打印快速成形关键技术研究[D]. 刘厚才.华中科技大学 2009
[6]塑料功能件与复杂铸件用选择性激光烧结材料的研究[D]. 杨劲松.华中科技大学 2008
[7]环管反应器中液固两相传递特性的研究[D]. 刘永兵.浙江大学 2006
硕士论文
[1]浆料微挤压快速成型的3Y-ZrO2全瓷牙冠制备工艺研究[D]. 徐慧文.兰州理工大学 2016
[2]水基ZrB2膏体非连续挤出过程研究[D]. 刘佳.兰州理工大学 2013
[3]水基氧化铝陶瓷膏体挤出过程中液相动态分布研究[D]. 陈浩.兰州理工大学 2012
[4]工艺参数对水基陶瓷膏体非连续挤出过程液相迁移的影响[D]. 李冬健.兰州理工大学 2012
[5]陶瓷膏体挤出装置和挤出工艺研究[D]. 郑华滨.兰州理工大学 2011
[6]基于回归分析理论的不锈钢点焊质量预测模型[D]. 王吉.吉林大学 2010
[7]压电陶瓷微滴喷射快速成型工艺与控制的研究[D]. 高辉.兰州理工大学 2010
[8]基于综合特征量的电力变压器故障综合诊断方法的研究[D]. 李小伟.广西大学 2006
[9]气氛负压渗碳制备钴梯度硬质合金的研究[D]. 严武华.中南大学 2004
本文编号：3036070
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景、目的及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究目的及意义
1.2 陶瓷零件自由成形技术
1.2.1 陶瓷零件熔融沉积自由成形技术
1.2.2 陶瓷零件选择性激光烧结成形技术
1.2.3 陶瓷零件分层实体成形技术
1.2.4 陶瓷零件立体光刻成形技术
1.2.5 陶瓷零件三维打印成形技术
1.2.6 陶瓷零件挤压自由成形技术
1.2.7 陶瓷零件低温成形技术
1.3 问题提出
1.3.1 研究现状
1.3.2 液相迁移的研究现状
1.4 本文的研究内容
1.5 本课题的研究内容及章节安排
2 陶瓷膏体低温成形技术研究
2.1 低温快速成形技术
2.2 陶瓷膏体低温成形技术
2.2.1 陶瓷膏体低温成形原理及特点
2.2.2 陶瓷膏体低温成形实验平台设计
2.3 陶瓷材料挤压过程分析
2.3.1 Benbow-Bridgwater模型
2.3.2 陶瓷膏体挤压力模型
2.3.3 挤压过程中挤压力仿真
2.3.4 挤压力实验研究
2.4 气泡释放和结块破裂对挤压过程的影响
2.4.1 气泡释放对挤压过程的影响
2.4.2 结块破裂对挤压过程的影响
2.5 陶瓷膏体低温成形质量研究
2.5.1 成形环境温度对成形质量的影响
2.5.2 沉积层厚度对层间成形质量的影响
2.5.3 挤出速度、沉积速度对成形质量的影响
2.6 本章小结
3 陶瓷膏体低温成形挤压力控制研究
3.1 成形过程挤压力动态模型
3.1.1 挤压力分析和建模
3.1.2 模型参数估计
3.1.3 算法仿真和验证
3.2 自校正控制系统
3.3 最小方差自校正控制律
3.4 自适应控制器设计
3.5 自适应控制闭环系统分析
3.6 自适应控制器仿真验证
3.6.1 仿真验证
3.6.2 自适应控制器实验验证
3.7 本章小结
4 陶瓷膏体成形过程中的液相迁移研究
4.1 陶瓷膏体挤压过程中液相迁移产生机理
4.1.1 水基陶瓷膏体的流变性
4.1.2 水基陶瓷膏体的渗透性
4.2 建立液相迁移模型
4.2.1 膏体挤压力分析
4.2.2 模型简介
4.2.3 几何模型
4.2.4 压实阶段模型分析
4.2.5 挤出阶段模型分析
4.3 液相迁移过程的数值模拟
4.3.1 流体动力学控制方程
4.3.2 两相流模型概述
4.3.3 挤压过程中液相迁移的数值模拟
4.4 模型验证
4.4.1 实验材料制备
4.4.2 实验方案
4.4.3 实验步骤
4.4.4 实验结果及分析
4.5 本章小结
5 液相迁移参数优化的实验研究
5.1 基于正交试验的液相迁移研究
5.1.1 实验设备及材料
5.1.2 实验方案及方法
5.1.3 试验数据分析
5.2 基于多元回归的液相含量预测模型研究
5.2.1 回归分析法
5.2.2 挤出膏体中液相含量预测模型
5.2.3 液相含量预测模型仿真
5.2.4 预测模型试验验证
5.3 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 发展与展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]低温沉积成型过程温度场建模与仿真分析[J]. 杨磊鹏,李淑娟,焦盼德,吴学亮. 机械强度. 2017(06)
[2]功能梯度材料快速成形过程建模与控制[J]. 焦盼德,李淑娟,杨磊鹏,闫存富. 中国机械工程. 2017(06)
[3]基于回归分析的准双曲面齿轮齿面误差修正[J]. 田程,丁炜琦,桂良进,范子杰. 清华大学学报(自然科学版). 2017(02)
[4]3D打印陶瓷材料研究进展[J]. 贲玥,张乐,魏帅,孙炳恒,李正,周天元,张其土,杨浩,陈浩. 材料导报. 2016(21)
[5]陶瓷部件3D打印技术的研究进展[J]. 李伶,高勇,王重海,王洪升,张萍萍,赵小玻,宋涛,王营营,丁慎亮. 硅酸盐通报. 2016(09)
[6]义齿陶瓷浆料微流挤压成型头研究[J]. 周婧,段国林,金星. 机械设计. 2016(02)
[7]三维陶瓷零件低温沉积过程挤压力建模及自适应控制[J]. 李淑娟,包惠同,张恒. 机械科学与技术. 2016(02)
[8]低温挤压自由成形技术及其应用[J]. 闫存富,李淑娟,杨磊鹏. 兵器材料科学与工程. 2016(01)
[9]光固化快速成型技术的进展及应用[J]. 李东方,陈继民,袁艳萍,黄宽,方浩博. 北京工业大学学报. 2015(12)
[10]陶瓷浆料微流挤压成形关键问题研究[J]. 周婧,段国林,卢林,朱东彬. 中国机械工程. 2015(22)
博士论文
[1]面向机械故障诊断应用的盲分离技术研究[D]. 高俊文.华南理工大学 2016
[2]气流中单液滴破碎过程及子液滴分布特性研究[D]. 金仁瀚.南京航空航天大学 2016
[3]固液两相流运动机理研究及两相流模型在工程中的应用[D]. 薛万云.武汉大学 2014
[4]熔融沉积成型有限元模拟与工艺优化研究[D]. 纪良波.南昌大学 2011
[5]光固化三维打印快速成形关键技术研究[D]. 刘厚才.华中科技大学 2009
[6]塑料功能件与复杂铸件用选择性激光烧结材料的研究[D]. 杨劲松.华中科技大学 2008
[7]环管反应器中液固两相传递特性的研究[D]. 刘永兵.浙江大学 2006
硕士论文
[1]浆料微挤压快速成型的3Y-ZrO2全瓷牙冠制备工艺研究[D]. 徐慧文.兰州理工大学 2016
[2]水基ZrB2膏体非连续挤出过程研究[D]. 刘佳.兰州理工大学 2013
[3]水基氧化铝陶瓷膏体挤出过程中液相动态分布研究[D]. 陈浩.兰州理工大学 2012
[4]工艺参数对水基陶瓷膏体非连续挤出过程液相迁移的影响[D]. 李冬健.兰州理工大学 2012
[5]陶瓷膏体挤出装置和挤出工艺研究[D]. 郑华滨.兰州理工大学 2011
[6]基于回归分析理论的不锈钢点焊质量预测模型[D]. 王吉.吉林大学 2010
[7]压电陶瓷微滴喷射快速成型工艺与控制的研究[D]. 高辉.兰州理工大学 2010
[8]基于综合特征量的电力变压器故障综合诊断方法的研究[D]. 李小伟.广西大学 2006
[9]气氛负压渗碳制备钴梯度硬质合金的研究[D]. 严武华.中南大学 2004
本文编号：3036070
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3036070.html
